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Das Sonnensystem 2003

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Sonnensystem - ein kleiner Teil vom Weltall, weiter, nahezu leerer Raum.

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Eine für den Menschen feindliche Umgebung - fast ohne Umluft, ohne festen Boden unter den Füssen.

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Die Sonne, Planeten und ihre Monde, Asteroiden und Kometen sind gewisse Insel,

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in welche die Masse konzentriert ist.

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Zum Sonnensystem rechnen wir jedoch auch kleinere Körper - die Meteoriden,

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den zwischenplanetaren Staub und Gas, oder Strahlkörper - die Photonen.

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Unter allen wirkt gegenseitige Anziehungskraft, Gravitationskraft, welche ihre Bewegungen bestimmt.

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Weitaus am schwierigsten ist die Sonne, und deshalb laufen alle anderen um sie.

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Je näher zur Sonne, mit desto größerer Umlaufgeschwindigkeit bewegt sich de Körper.

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Der äußerste Planet ist Neptun, gefolgt mit Uran, Saturn, Jupiter, Mars, Erde, Venus und Merkur.

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Die Mittelentfernung zwischen der Sonne und Erde, die man astronomische Einheit nennt,

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beträgt 150 Mio. Kilometer; das Licht legt diese Strecke in 8 Minuten und 20 Sekunden zurück.

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Der Erdedurchmesser beträgt nur 13 000 km.

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Die Planeten und Monde leuchten mit keinem eigenen sichtbaren Licht,

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sie widerspiegeln nur eien Teil der Sonnenlicht.

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Dagegen ist die Sonne ein Stern und strahlt als solcher mit ihrer ganzen Oberfläche

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in ale Richtungen.

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Manchmal können wir am dunklen Nachtshimmel eine von den kleinsten Partikeln

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des zwischenplanetarischen Staubs abgestrahlte Strahlung beobachten

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- Diese Erscheinung nennen wir Sodiakales Licht.

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Die Meteoroiden, also steinerne Bruchstücke mir einer Größe von einem Milimeter bis zu Einige Meter,

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kann man in dem Augenblick gut beobachten, wenn sie in die Umluft unseres Planeten fliegen.

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Bei einer gegenseitigen Geschwindigkeit um 50 km/s beginnen sie sich durch reibung mit der Luft

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in Höhen von 150 km über der Erde zu erwärmen.

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Wir sehen dann am Himmel eine erwärmte, leuchtende Spalte von ionisierter Luft,

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die man umgangsprachlich Meteor nennt (wir sagen, dass die "Sterne fallen").

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Mehrmals am Jahr, zum Beispiel um den 12. August,

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oder 18. November geht de Erde durch Ströme von kometaren Meteorsteinen,

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was wir am Himmel als Meteorenschwarm betrachten.

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Die größeren und festeren Meteoriten können den Durchflug durch die Atmosphäre "überleben"

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und als Meteoriten auf die Erde fallen.

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Die größeren Körper sind Asteroiden.

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Typisch haben sie eine unregelmäßige Form, und sie bestehen aus Steinmaterial.

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Im Hauptstreifen zwischen dem Mars und Jupiter umläuft zirka eine Million von Asteroiden,

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welche größer als 1 km sind.

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Die kleinen Monde von Planeten, zum Beispiel Fobos oder Amalthea, ähneln den Asteroiden sehr.

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Die großen Monde kann man mit Planetoiden vergleichen: Ganymedes, der Mond von Jupiter,

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ist sogar größer als Merkur.

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Körper mit einem Durchmesser über 1 000 km haben meistens eine regelmäßigere, Kugel-,

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oder Ellipsenform.

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Die vier sonnennächsten Planeten - Merkur, Venus,

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Erde und Mars - nennt man die erdähnlichen Planeten.

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Sie sind sich relativ ähnlich: größtenteils bestehen sie aus Steinmaterial mit fester Oberfläche

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und mit Ausnahme von Merkur sind sie mit einer dünnen Gasschicht bedeckt- man nenn diese Schicht

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Atmosphäre. Die üblichsten chemischen Elemente im Erdkörper sind Eisen, Sauerstoff,

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Silicium und Magnesium.

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Die weiteren Planeten, Uran und Neptun, gehören zu einer anderen Gruppe, wo die Eis(en) von Wasser,

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Methan und Ammoniak, oder Mischung aus Wasserstoff,

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Helium und Stein den wesentlichsten Bestandteil bilden..

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Diese Planeten nennen wir Außenplaneten, oder Eisriesen. Jupiter und Saturn sind die Gasriesen.

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Wie nennen sie Planeten des Jupiter- Types.

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Ihr relativ kleiner Kern besteht wahrscheinlich aus Stein und Eis,

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die umfangreiche Hülle besteht aus dem Eisen- und molekularen Wasserstoff und Helium.

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Alle großen Planeten haben Ringe

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(auch wenn man sie nur beim Saturn mit bloßem Auge betrachten kann)

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und zahlreiche Familien von regelmäßigen und unregelmäßigen Monde.

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Die Sonne. Eine glühende Gaskugel mit einer Oberflächentemperatur von ca. 6 000 gr. C.

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Darin ist ein natürlicher termonuklearer Reaktor,

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in dem die Atomkerne von Wasserstoff und zu Atomkernen von Helium umgewandelt werden,

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wobei Photonen und Neutrinos freigesetzt werden.

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Diese Energiequelle funktioniert bereits 4,5 Milliarden Jahren.

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Eine wesentliche Erscheinung von Änderungen auf der Sonne sind die Sonennflecken und Eruptionen.

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Beide davon werden durch starkes Magnetfeld der Sonne verursacht,

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das die Bewegung der Sonnenmasse beeinflusst - d.h.

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elektrisch leitenden ionisierten Gasen, oder Plasma.

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Die umfangreichsten Objekte des Sonnensystems können die Kometen sein.

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Ihr Kern aus Eis und Steinen ist zwar winzig,

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(meistens mit einem Durchmesser von einigen Kilometern), doch wenn sie sich der Sonne nähern,

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beginnt das Eis zu sublimieren und die entweichenden Gase bilden zusammen mit dem mitgerissenen

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Staub Koma und Schwanz.

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Ihre dünnflüssige Wasserstoffhülle kann bis zu 100 Mio. Kilometer groß werden.

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Die Kometenschwänze richten sich immer ungefähr sonnenauswärts.

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Die Gasmolekülen und Staubkörner interagieren nämlich mit der Strahlung und dem Sonnenwind,

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einem Strom von geladenen Partikeln,

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welche sich aus der Sonne in den zwischenplanetaren Raum mit einer Geschwindigkeit von bis 500 km/s

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ausbreiten.

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Merkur, der erste Planet, bekommt von der Sonne die meiste strahlende Energie.

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Auf der beleuchteten Halbkugel erreicht die Temperatur über 300 gr. C,

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doch die abgewandte Halbkugel kühlt sehr schnell auf -200 gr. C ab.

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Die Oberfläche ist mit impakten Kratern bedeckt,

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welche nach Stößen mit Asteroiden oder Kometen entstehen.

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Ein großer Teil der Oberfläche wurde bis heute von keiner kosmischen Sonde beobachtet.

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Die Venus ist immer mit einer dichten Atmosphäre umhüllt

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(der Druck bei der Oberfläche ist 90 Mal höher als auf der Erde).

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Obwohl die Venus zweimal weiter als Merkur um die Sonne läuft und dazu zwei Drittel

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der Sonnenstrahlung widerspiegelt,

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beträgt die Oberflächentemperatur einen unglaublichen Wert von 460 gr. C.

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Die Ursache dafür ist ein starker Glashauseffekt

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- der Kohlendioxid in der Umluft lässt die sichtbare Sonnenstrahlung zu Oberfläche,

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doch absorbiert die aus der Oberfläche ausgestrahlte UV-Strahlung und verhindert dadurch

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die Oberflächenabkühlung.

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Die Radaren haben uns ermöglicht,

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unter die undursichtige Atmosphäre nachzusehen - sie haben eine Oberfläche festgestellt,

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die durch Brüche und Vulkane charakterisiert ist.

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Aus der Anzahl von impakten Krater kann man ableiten,

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dass die vulkanische Tätigkeit die meiste Venus-Oberfläche vor 700-500 Mio. Jahren geändert hat.

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Der dritte Planet von der Sonne ist die Erde.

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Sie hat eine passende Größe und Entfernung von der Sonne,

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damit auf ihrer Oberfläche nicht nur Wasserdampf oder Eis,

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sondern auch Flüssigwasser vorkommen können - eine der Voraussetzungen für Entstehung des Lebens.

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Die urzuständliche Umluft wurde durch Tätigkeiten von lebendigen Organismen völlig verändert

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und enthaltet heutzutage vor allem Stickstoff und Sauerstoff.

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Sie weicht von allen anderen Planeten auch durch ihre Platten-Tektonik

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- die zu einzelnen Platten zerrissenen Erdkruste, welche sich auf der Außenhülle bewegen können.

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Die Ozeanböden entstehen ständig in den Ozeankämmen durch vulkanische Tätigkeit und verschwinden

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durch Schiebungen unter andere Platten.

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Bei Kollisionen der Platten werden neue Streifen- Bergzüge gefaltet.

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Dies kann eine große Bedeutung für das Leben am Festland haben,

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da sonst die Erosion alle Gebirge allmählich verwischen könnte und die Erdoberfläche wäre mit Ozean

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verdeckt.

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Die Erde wird vom Mond begleitet.

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Auch er hat für das Leben auf der Erde eine Bedeutung:

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durch die Gezeiten bewirkt er zusammen mit der Sonne den Wechsel von Ebbe und Flut.

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Langfristig stabilisiert der Mond die Rotationsachse der Erde und verhindert so plötzliche,

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extreme Klimaänderungen.

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Von der Erde aus können wir nur eine Mond-Halbkugel beobachten,

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da der Mond sich um seine Achse mit der gleichen Periode dreht, wie er um die Erde umläuft.

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Diese Erscheinung nennen wir gebundene Rotation.

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Der Mond wurde vor ungefähr 4,45 Milliarden Jahren geformt,

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als mit der Protoerde ein wie Mars größer Körper gestoßen ist.

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Bei der Kollision ist eine riesige Menge an Brüchen entstanden,

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wovon die meisten zurück auf die Erde gefallen sind, doch ein Teil bildete einen Ring um die Erde.

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Dieser Ring hat sich binnen einer sehr kurzen Zeit, vielleicht einigen Wochen,

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zu einem Satellit zusammengeschlossen - nämlich unseren Mond.

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In der Nähe der Erde können auch kleine Körper auftauchen - Asteroiden.

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Im Schnitt kommt es einmal pro 1 000 Jahre zum Zusammenstoß der erde mit einem Asteroiden,

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der größer als 100 Meter ist.

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Einmal in mehrere Zehn Millionen Jahren kann eine Kollision mit einem 10 km-Asteroiden bei großen

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Aussterben von Lebe- und Pflanzenarten mitwirken.

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Das bekannteste Beispiel dafür ist das Aussterben der Dinosaurier vor 65 Mio. Jahren.

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Mars. Ein Planet, das durch seine rote Farbe charakterisiert ist,

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die durch Eisenoxide verursacht wird.

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Die Höhenkarte und Verteilung des Kraters auf der Oberfläche deuten darauf hin,

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dass die ganze nördliche Halbkugel von Mars vor ca. 3. Milliarden Jahren wahrscheinlich mit Ozean

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bedeckt war.

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Erinnerung an die Tätigkeit des flüssigen Wassers sind die Erosionsformen in zahlreichen Tälern.

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Der größte von allen ist Vallis Marineris, 4 000 km lang, 7 km tief.

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Das Tal leitete das Wasser ab aud dem erhöhten Gebiet von Tharsis.

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Tharsis hat einen vulkanischen Ursprung und man findet da die größten Vulkane des Sonnensystems

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- zum Beispiel Olympus Mons mit der Höhe von 27 km und Grundlage mit einem Durchmesser von 600 km.

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Die letzten 2 Milliarden Jahre ist Mars aus der geologischen Sicht ein eher ruhiger Planet.

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Ein schwacher Wind "tändelt" in der dünnen Atmosphäre mit kleinen Sandkörnchen,

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Saisonänderungen führen zur regelmäßigen Vergrößerung von Polarspitzen im Winter und zu ihrer

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Verkleinerung im Sommer.

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Auf der Bahn zwischen Mars und Jupiter können wir zum Beispiel einen Asteroiden Nummer

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(243) Ida finden.

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Dieser 50km Asteroid gehört in die Familie Koronis,

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was man nach den ähnlichen Bahnen und ähnlichen Farben der Mitglieder erkennen kann.

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Einst bildeten diese Asteroiden einen einzigen Körper,

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der jedoch bei irgendeinem großen Impakt zersplittert hat.

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Dabei entstand wahrscheinlich auch der gegenwärtige Mond von Ida - der ein Kilometer große Dactyl.

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Jupiter; er hat ein größeres Gewicht als ale anderen Planeten sowie kleinere Körper im Sonnensystem

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zusammen. Er strahlt doppelt so viel Energie aus, als er von der Sonne empfängt.

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Die Quelle dafür ist wahrscheinlich die winzige Planeverkleinerung und Umwandlung

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der Rotationsenergie in Wärme.

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In der Atmosphäre von Jupiter beobachten wir seit mehreren Jahrhunderten einen großen Sturm,

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genannt großer roter Fleck.

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Aus Zehn Monden von Jupiter sind wahrscheinlich Io und Europa die beachtungswerten.

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Die Gzeiten von Jupiter sind auf dem Io dermaßen stark,

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dass sie den ganzen Mond deformieren und seinen Kern zu mehreren Tausend Grad Celsius erwärmen.

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Auf der Oberfläche erscheint dies als eine ununterbrochene vulkanische Tätigkeit.

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Die Vulkane werfen den Schwefelstoff mehrere Hundert Kilometer hoch aus und ändern so unheimlich

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schnell die Oberfläche.

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Europa ist umgekehrt ein sehr glatter Mond, bedeckt mit Wasser-Eis.

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Die Rissstruktur und die magnetometrischen Messungen weisen jedoch auf Existenz eines unterirdischen

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flüssigen Ozeans hin.

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Saturn. Wurde berühmt durch die Schönheit seiner Ringe.

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Obwohl sie einen Halbmesser über 100 000 km haben, sind sie höchstens einige Hunderte Meter stark.

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Vom weiten aus sehen sie als eine Reihe von Tausenden klaren und verschieden durchsichtigen Ringen

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aus, doch in der Wirklichkeit setzen sie sich zusammen aus einzelnen Eis-Stein-Bruchstücken

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mit einem typischen Durchmesser von 10 cm.

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"Die Lücken" und andere Strukturen in den Ringen werden durch Gravitationsstörungen der kleinen

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Monde verursacht, welche direkt in den Ringen oder außerhalb von ihnen umlaufen.

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Für die auffälligste Teilung von Cassini kann der Mond Mimas.

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Uran; man kann ihn mit bloßem Auge auf dem Himmel kaum mehr sehen.

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Er wurde 1781 von William Herschel zufällig mit einem Fernglas entdeckt.

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Interessant ist seine Rotationsachse,

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welche fast in der Ebene seiner Umlaufbahn liegt uns Uran dreht so zur Sonne abwechselnd seinen

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Nord- und Südpol.

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Die Entdeckung von Neptun war einer der größten Triumphe der Himmelmechanik im 19. Jh.:

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aus den beobachteten Umlaufbahnstörungen von Uran gelang es den Herren Adams und Le Verrier,

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die Lage eines unbekannten Planeten zu berechnen,

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welche nachfolgend Galle tatsächlich auf dem Himmel gefunden hat.

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Genauso wie bei anderen großen Planeten beobachten wir in den oberen Atmosphäreschichten einen Wind

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mit Geschwindigkeit von mehreren Hundert Metern pro Sekunde.

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Ähnlich wie bei Jupiter und Saturn Jupiteru (nicht Uran) kommen auf Neptun Flecken und Stürme vor,

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welche wahrscheinlich über eine interne Wärmequelle zeugen.

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Pluto und Charon wurden bisher von keiner Sonde besucht.

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Auch die besten irdischen Ferngläser unterscheiden auf ihnen nur einige hellen und dunklen Gebiete.

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Es ist jedoch gelungen, hinter Neptun Hunderte von anderen Körpern zu entdecken,

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die eine ähnliche Bahn wie Pluto oder noch weiter haben.

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Die ganze Population nennen wir Kuipergürtel.

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Es handelt sich um Eiskörper, oft sehr dunkel, die um 4 % der Sonnenstrahlung widerspiegeln.

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Die standssichere Temperatur auf ihren Oberflächen beträgt mehrere Zehn Grade über der absoluten

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Null (d.h. -273 gr. C).

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Um das Sonnensystem befindet sich noch die sphärische Oortsche Wolke.

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Man kann sie nicht direkt beobachten, doch wir schließen auf sie aus neuen langperiodischen Kometen,

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welche in das Systeminnere gleichmäßig aus allen Richtungen anfliegen.

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Weiter ist schon ein Gebiet, wo langsam die Anziehungskraft fremder Sterne überwiegt...

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Außer acht Planeten im Sonnensystem kennen wir noch einige Hunderte extrasolare Planeten,

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welche um die fremdem Sterne laufen.

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Die gegenwärtigen astronomischen Geräte ermöglichen uns nicht,

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diese entfernten Planeten direkt zu beobachten,

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aber ihre Eigenschaften werden aus den fotometrischen,

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oder astrometrischen Messungen der Muttersterne berechnet.

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Die meisten bisher entdeckten extrasolaren Planeten sind größer als Jupiter und laufen gleichzeitig

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in einer kleineren Entfernung um als die Erde um Sonne.

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Nur in unserer Galaxie gibt es Hunderte von Milliarden Sterne.

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Im ganzen wahrnehmbaren All gibt es mehrere Zehn Billionen von Galaxien.

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Wie ist die Vergangenheit und Zukunft des Sonnensystems?

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Durch Zerfallsanalyse von radioaktiven Elementen in primitivem Meteoriten haben wir erfahren,

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dass diese Meteoriten vor 4,56 Milliarden Jahren erstarrt sind.

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In der selben Zeit ist die Sonne entstanden und das ganze planetarische System hat sich geformt.

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Sterne, eigentlich ganze Sternenkuppel,

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entstehen aus zwischensternartigen Gas-Staub-Wolken

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(mit dem Hauptbestandteil molekulaler Wasserstoff).

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In ihren kältesten Teilen, bei Temperaturen nur einige Grad über der absoluten Null,

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kommt es zum Gravitationskollaps - zu einer starken Verdichtung,

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folgender Druck- und Temperaturerhöhung und Zündung von thermonuklearen Reaktionen.

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Eben dann entsteht ein neuer Stern. Um ihn bildet sich eine flache Scheibe aus dem übrigen Material.

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In der Scheibe kommt es oft zu Zussammenstössen,

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welche zur allmählichen Verbindung von kleinen Körpern in größere führen.

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Zum Schluss bleiben nur einige große Körper, in denen sich der meiste Gewicht konzentriert.

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Diesen Prozess nennen wir Akretion.

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Die Ansätze von Planeten, die Planetesimalen,

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erwärmen sich weiter wegen der Wärme aus dem radioaktiven Abfall der unstabilen Elemente.

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Dazu tragen auch die erwähnten Kollisionen bei.

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Die größeren Körper werden teilweise oder völlig umgeschmolzen,

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wodurch ihre kugelförmige Form entsteht.

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Durch Differenzierung entsteht dann der Kern aus dichteren Gesteinen,

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während im Mantel und in der Kruste die weniger dichteren Gesteine bleiben.

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In größeren Entfernungen von der Sonne können Kerne von großen Planeten entstehen,

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da hier genügend Eisplanetoiden sind, welche nah zur Sonne existieren können.

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Überschreitet das Kerngewicht einen bestimmten kritischen Wert,

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beginnt es sehr schnell das umliegende Gas an sich zu ziehen und das Planetengewicht vergrößert sich

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mehrfach.

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Zum Schluß verursachen die starke UV-Strahlung und der Sternwind,

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dass sich der keimfähige Nebelfleck erwärmt und in den umliegenden Raum "zerblasen wird".

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Das Sonnensystem bekommt damit fast die gegenwärtige Gestaltung.

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Der ganze Prozess dauerte größenmäßig 100 Mio. Jahre.

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Wie wir aus der Beobachtung von anderen Sternen und aus dem Modell der Sternentwicklung wissen,

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wird die Sonne ruhig noch ungefähr Milliarden Jahren scheinen.

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Dann werden die Wasserstoffvorräte im Kern ausgeschöpft und es kommt zum "Umbau" des ganzen

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Sonneninneren und die Sonne wird zum roten Riesen.

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Die innenliegenden Planeten können völlig verschwinden.

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In den weiteren Phasen explodiert der rote Riese als eine Nova, wirft seine Hülle weg,

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die man noch kurz als einen Planetarischen Nebel beobachten kann.

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Nach der Sonne bleibt dann nur der bloße abkühlende Kern übrig - der weiße Zwerg.

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In der Forschung von planetaren Systemen gibt es immer sehr viele offene Fragen.

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Was erwartet uns in den nächsten Jahren? Die Sonde Cassini wird den Saturn und seinen Mondsystem

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detailliert untersuchen,

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die Untersuchung von Mars wird zum Beispiel mit den Sonden Mars Express und Mars Exploration Rover

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fortgesetzt, Merkur werden Sonden Messenger und BepiColombo untersuchen,

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zum Pluto fliegt die Sonde New Horizons.

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Die Sonde Stardust soll auf die Erde zum ersten Mal Stabproben aus dem Kometen Wild 2 bringen,

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Hayabusa soll eine kleine Probe aus dem nahirdischen Asteroiden Itokawa gewinnen,

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die zwischenplanetarische Sonde Dawn wird zum Trabant der Asteroiden Vesta und Ceres.

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Wir werden wahrscheinlich Hunderte von weiteren extrasolaren Planeten entdecken,

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manche nur so klein wie unsere Erde.

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Die künftigen kosmischen Ferngläser ermöglichen es, die Spektren ihrer Atmosphären zu gewinnen.

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Wenn wir in den Spektren die zu Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen gehörenden Teile finden werden,

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können wir hoffen, dass auf den entfernten Planeten eine Biosphäre existieren könnte.

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Tausende von weiteren überraschenden Entdeckungen kann man jedoch nicht voraussagen...